Java—线程的生命周期及线程控制方法详解

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线程生命周期5种状态

介绍

  线程的生命周期经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Bolocked)和死亡(Dead)

状态转换图

Java—线程的生命周期及线程控制方法详解

新建(New)

  程序使用new关键字创建一个线程之后,该线程就处于新建状态,仅仅由Java虚拟机为其分配内存,并初始化其成员变量的值不会执行线程的线程执行体。如Thread thread = new Thread()

就绪(Runnable)

  也称为“可执行状态”,线程对象调用start()方法后,该线程处于就绪状态。如thread.start()。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器(线程私有),处于就绪状态的线程并没有开始运行,只是表示该线程可以运行,线程何时运行取决于JVM中线程调度器的调度。

运行(Running)

  处于就绪状态的线程获得CPU,开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态。(注意:线程只能从就绪状态进入到运行状态)

阻塞(Boloked)

  阻塞状态是线程因为某种原因放弃了CPU的使用权,暂时停止运行,直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。当调用sleep()、一个阻塞式IO方法、同步锁、等待通知、suspend()方法挂起都会使线程进入阻塞状态。

  • 线程调用sleep()方法主动放弃所占用的处理器资源;
  • 线程调用一个阻塞式IO方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞;
  • 线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程所持有;
  • 线程在等待(wait())某个通知(notify());
  • 程序调用了线程的suspend()方法将该线程挂起,但这个方法易造成死锁,应该避免使用。

  线程从阻塞状态解除——进入就绪状态的过程:

  • 调用sleep()方法的线程经过了指定时间
  • 线程调用的阻塞式IO方法已经返回
  • 线程成功地获得试图取得的同步监视器(锁)
  • 线程正在等待某个通知时,其他线程发出了一个通知
  • 处于挂起状态的线程被调用了resume()恢复方法。

死亡(Dead)

以如下3种方式结束线程

  • run()call()方法执行完成,线程正常结束;
  • 线程抛出一个未捕获的ExceptionError
  • 直接调用该线程的stop()方法来结束该线程(该方法易造成死锁,不推荐使用)

注意:

  • 当抛出一个异常后程序会结束,所以线程会终止;
  • sleep()方法会阻塞一个线程并不会终止;
  • 创建一个新的线程也不会终止另一个线程。

判断线程是否死亡

  可以通过isAlive()方法,线程对象的isAlive()方法返回true,即为线程存活;返回false,即为线程死亡。
  线程处于就绪、运行、阻塞状态时,isAlive()返回true;线程处于新建、死亡状态时,isAlive()返回false

start()和run()方法详解

start()和run()介绍

  当程序使用new关键字创建了一个线程后,该线程就处于新建状态,此时它和其他Java对象是一样的,只是由JVM为其分配内存,并初始化其成员变量的值(此时线程对象没有任何的行为,也不执行线程执行体)。
  当线程对象调用了start()方法后,线程就处于就绪状态,JVM为其创建方法调用栈和程序计数器,处于这个状态中的线程还没有真正的开始运行,只是表示这个线程此时是一个可运行状态。何时能运行?取决于JVM的线程调度器的调度。
  处于就绪状态的线程获取CPU执行权限,开始执行run()方法的线程执行体,此时线程处于运行状态。(若只有一个CPU,任何时刻只能有一个线程处于运行状态,多线程处理任务时,会给人一种并发错觉,实际是CPU执行速度较快,多线程交织执行任务而已)

start()方法源码

 public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        //若线程不是就绪状态,就抛出异常
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        //将线程添加到ThreadGroup中
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
        	//通过start0()方法启动线程
            start0();
            //设置线程启动的started标志位
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }

  start()实际上通过本地方法start0()启动线程,会新运行一个线程,新线程会调用run()方法。

run()方法源码

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

  targetRunnable对象run()直接调用Thread线程Runnable成员run()方法,并不会新建一个线程。

线程控制方法

sleep()方法

sleep()方法介绍

  1. sleep(long millis)方法是Thread类的一个静态方法,作用是让当前线程暂停一段时间,并进入阻塞状态。

sleep()方法重载方式

  • public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException:让当前正在执行的线程暂停millis毫秒,并进入阻塞状态。
  • public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException:让当前正在执行的线程暂停millis毫秒+nanos毫微秒,并进入阻塞状态。(很少用)

sleep()示例

通常用法就是

//让当前线程睡眠1000毫秒,即暂定1s
Thread.sleep(1000);

yield()方法

yield()方法介绍

  1. yield()方法让当前正在执行的线程暂停,但不会阻塞线程,只是让线程转入就绪状态。
  2. yield()方法让当前线程暂停,让系统的线程调度重新调度一次,所以会出现当某个线程调用了yield()方法后,线程调度器又重新将它调度出来执行。
  3. yield()方法让当前线程暂停后,只有优先级>=当前线程的处于就绪状态的线程才能获取CPU执行权限。

yield()方法重载

  • public static native void yield();:静态方法。

yield()示例

//让当前线程暂停
Thread.yield();

线程优先级

  1. 每个线程执行都有一定的优先级,优先级高的线程获得CPU执行权限的机会比较大。
  2. 每个线程默认的优先级与创建它的父线程的优先级相同。所以main线程的优先级一般和自己创建的子线程优先级一样。
  3. Thread类提供setPriority(int newPriority)getPriority()方法设置和返回指定线程的优先级。其中setPriority()方法的参数可以是一个整数(1-10之间),也可以是静态常量。
    MAX_PRIORITY:值为10.
    MIN_PRIORITY:值为1.
    NORM_PRIORITY:值为5.

join()方法

join()方法介绍

  1. Thread类提供join()方法让一个线程等待另一个线程完成的方法;就是将指定的线程加入到当前线程,这样两个交替执行的线程就变成了顺序执行的线程,如线程A调用了线程B的join()方法,则线程A会等待线程B执行完毕后才会继续执行自己。
  2. join()方法由使用线程的程序调用,调用线程调用线程t的t.join()方法后将会被阻塞,直到线程t执行完毕,调用线程才能继续执行。一般就是用于主线程内,等待其他线程执行完毕后,再继续执行main()函数。

join()方法重载方式

  • public final void join() throws InterruptedException:等待被join的线程执行完毕。
  • public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException:等待被join的线程的超时时间为millis毫秒。如果在millis毫秒内被join的线程还未结束执行流程,则调用线程不再等待。
  • public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException:等待被join的线程的时间最长为millis毫秒+nanos毫微秒。(很少用)

join()方法示例

(1)未使用join()方法

代码

public class JoinMethodTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main thread start");

        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("child thread start");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("child thread finshed");
            }
        });
        thread.start();
        System.out.println("main thread finshed");
    }
}

运行结果

main thread start
main thread finshed
child thread start
child thread finshed

  可以从运行结果看出,main()主线程日志打印的很快,没有等待子线程打印就结束了。

(2)使用join()方法

代码

public class JoinMethodTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main thread start");

        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("child thread start");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("child thread finshed");
            }
        });
        thread.start();
        //加入join()方法等待子线程执行完毕,才执行主线程。
        try {
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("main thread finshed");
    }
}

运行结果

main thread start
child thread start
child thread finshed
main thread finshed

  从运行结果可以看出,main thread finshed结果是在最后打印的,加入join()方法等待子线程执行完毕,才执行主线程。

6种状态的线程生命周期解释

Java—线程的生命周期及线程控制方法详解

Q&A

为何启动线程需要用start()方法而不是直接调用run()方法?

  1. 调用start()方法启动线程,系统会将该线程对象的run()方法当作线程执行体来处理。
  2. 直接调用线程对象的run()方法,该方法会被立即执行,而在run()方法返回之前其他线程无法并发执行(系统会将线程对象的当作一个普通对象,将run()方法当作一个普通方法,而不是线程执行体。)

start()方法和run()方法

java Thread中,run方法和start()方法的区别
  • 概念start()是启动线程,让线程从新建状态变为就绪状态;线程得到CPU时间片后,执行run()中的线程执行体;
  • 调用次数start()只能调用一次;run()可以重复调用。
  • 方法类型:启动线程只能用start(),系统会把run()方法当做线程执行体处理;如果直接调用run(),系统会把线程对象当作普通对象,此时run()也是一个普通方法,而不是线程执行体。run()方法只是类的一个普通方法而已,如果直接调用run方法,程序中依然只有主线程这一个线程,其程序执行路径还是只有一条,还是要顺序执行,还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码。。
  • 源码start()源码中实际上通过本地方法start0()启动线程,会新运行一个线程,新线程会调用run()方法;而run()源码中targetRunnable对象run()直接调用Thread线程Runnable成员的run()方法,并不会新建一个线程。
  • 多线程:用 start方法来启动线程,是真正实现了多线程, 通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程,这时此线程处于就绪(可运行)状态,并没有运行,一旦得到cpu时间片,就开始执行run()方法。但要注意的是,此时无需等待run()方法执行完毕,即可继续执行下面的代码。所以run()方法并没有实现多线程。

sleep()和yield()方法的区别

  1. 依赖线程优先级:sleep()方法暂停当前线程后,会给其他线程执行机会,而不在乎其他线程的优先级;
    yield()方法暂停当前线程后,只会给优先级相同或更高的线程执行机会。
  2. 线程转入状态:sleep()方法将线程转入阻塞状态,知道经过阻塞时间才会转入就绪状态;
    yield()方法不会将线程转入阻塞状态,而是将线程转入就绪状态。
  3. 异常声明:sleep()方法声明抛出了InterruptedException异常;
    yield()方法未声明抛出异常。
  4. 可移植性: sleep()方法的移植性比yield()方法好,所以一般使用sleep()方法控制并发编程。
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